Circuitos
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CIRCUITOS RL, RC Y RCL Circuito Eléctrico: Se denomina circuito eléctrico a una serie de elementos o componentes eléctricos o electrónicos, tales como resistencias, inductancias, condensadores, fuentes, y/o dispositivos electrónicos semiconductores, conectados eléctricamente entre sí con el propósito de generar, transportar o modificar señales electrónicas o eléctricas.
CIRCUITO RL: (Resistencia-bobina) Si a un generador de corriente alterna le conectamos una bobina en serie no podremos estudiarla de forma coherente si consideramos a esta como inductancia pura. La ilustración nos permite ver cómo podría ser el esquema de distribución de las señales V e I en el caso de que la bobina dibujada se comportara como una inductancia pura. Esto no es tan estricto en la práctica pero nos sirve para afirmar que en todo circuito de carácter inductivo la corriente está retrasada con respecto a la tensión.
En el caso comentado, inductancia pura, se origina un desfase de 90 grados entre la tensión (V) y la intensidad (I). Esta última puede calcularse con la Fórmula de Ohm pero sustituyendo la R por la XL, es decir, la resistencia por la reactancia inductiva anteriormente comentada. El valor de la reactancia inductiva depende tanto de la frecuencia que ataca a la bobina como de la inductancia de la misma. La fórmula será:
Donde: I V f
Intensidad Tensión Frecuencia
Amperios (A) Voltios (V) Hertzios (Hz)
L
Inductancia
Henrios (H)
W
Pulsación
(velocidad angular)
XL
React inductiva
Ohmios ( )
Si ahora consideramos un circuito de alterna en el que tengamos colocados en serie una resistencia y una bobina, y aplicamos la base de la Ley de Ohm, podemos deducir que la intensidad que atraviesa ambos componentes será de igual magnitud, tal y comoocurría con los circuitos serie de continua, pero a la hora de trabajar con alterna el cálculo de las caídas de tensión en cada componente, deberá hacerse atendiendo al carácter del mismo (tipo resistivo, capacitivo, inductivo). En el circuito de la figura correspondiente se puede ver la resistencia y la bobina que son alimentadas por la fuente de corriente alterna. También podemos apreciar el desfase existente en caídas de tensión entre uno y otro componente. Debido a que las tensiones en bornes de cada componente se pueden calcular, por la Ley de Ohm, aplicando que V = I . R, y a que las intensidades que circulan por bobina y resistencia están desfasadas entre sí 90 grados, la única forma de calcular la tensión total que alimenta el circuito serie es aplicando la representación vectorial que vemos en la figura y calculando con la fórmula pitagórica también indicada el valor de VAC.
Debido a que toda bobina real no puede considerarse pura, se hace necesario definir un nuevo parámetro que englobe la resistencia debida al componente resistivo, valga la redundancia, de la bobina y el componente de resistencia debido a la característica inductiva de la misma. Este nuevo parámetro es la impedancia. La forma de representar en los circuitos electrónicos la magnitud descrita es con la letra Z. Su unidad de medida es también el ohmio y, al igual que ocurre con otras magnitudes sometidas a la corriente alterna, su cálculo requiere que apliquemos de nuevo la representación vectorial.
En el esquema correspondiente vemos la representación vectorial de la impedancia (Z) que, como podemos comprobar, se obtiene de la suma vectorial de R y X L. También
podemos comprobar la fórmula a aplicar para su cálculo, la cual es mera aplicación de la trigonometría más clásica. Otra posibilidad que nos encontramos en las diferentes combinaciones de resistencia y bobina es la de que ambas estén conectadas en paralelo a una fuente de tensión alterna. Esto es lo que quiere representar la figura correspondiente. En ella podemos observar que la intensidad que llega al nudo de donde parten ambas ramas se bifurca en dos intensidades distintas -al igual que nos ocurría con circuitos paralelo en CC-, pero esta vez la intensidad total que circula por ambas ramas no es tan sencilla de calcular. Para ello tendremos que recurrir, de nuevo, a la representación vectorial y a la suma trigonométrica. Como podemos ver, la intensidad que circula por la rama resistiva pura (IR) está en fase con la tensión, pero la intensidad que recorre la bobina (I L) está, como ya hemos indicado, atrasada con respecto a la tensión (en el supuesto partimos de la idea de que la bobina es una inductancia pura, esto es, sin resistencia, por lo que el comentado desfase o retraso será de 90 grados).
CIRCUITO RC: (Resistencia-Condensador) Al igual que ocurre con las bobinas, los condensadores también presentan especiales características a la hora de lidiar con la corriente alterna. En la primera ilustración dedicada a los condensadores podemos observar cómo evolucionan la intensidad y la tensión alterna al ponerse en contacto con la CA.
Tal y como ocurre con las bobinas se origina un desfase de 90 grados entre tensión e intensidad pero, a diferencia de lo que ocurría con aquéllas, en este caso es la corriente (I) la que está adelantada con respecto a la tensión (V). En el esquema vectorial podemos ver la representación gráfica de este desfase que, si la capacidad es pura, si no ofrece resistencia alguna, será de 90 grados.
Pero la resistencia que ofrece el condensador se puede calcular tal y como hemos explicado en el caso de las bobinas, es decir, calcularíamos en lugar de esta la impedancia que ofrece el citado condensador. La fórmula a emplear es idéntica a la usada para calcular la impedancia (Z) de un circuito inductivo pero utilizando la reactancia capacitiva en lugar de la inductiva, esto es, resistencia estarán desfasadas los consabidos 90 grados.
Para calcular la tensión total deberemos hacer uso de nuevo del cálculo vectorial. Como vemos, la tensión que cae en bornes de la resistencia se encuentra en fase con la intensidad y, por el contrario, la tensión que cae en extremos del condensador está desfasada 90 grados con respecto a la anterior. Podemos comprobar aquí que se cumple el retraso de V respecto a I. Otra forma de conectar y estudiar un conjunto de resistencia y condensador es en montaje paralelo. En la figura podemos ver la representación gráfica del desfase que se origina entre intensidades en este circuito. La intensidad total I t se calculará mediante la suma vectorial de la intensidad que circula por la resistencia y la que circula por el condensador. Como sabemos la circulación a través del condensador no es tal ya que si recordamos el comportamiento de los condensadores en CC estos no hacen sino cargarse a un determinado potencial. El cambio constante de sentido de la corriente inherente a la CA hace que el condensador desarrolle ciclos de carga y descarga continuos, lo cual en efecto es una circulación de electrones.
Unas conclusiones bastante claras que nos ayudarán posteriormente a simplificar, por así decirlo, todos los circuitos que combinen elementos R, L y C.: - En una resistencia conectada a una fuente de voltaje de tipo alterno la caída de tensión en sus extremos estará en fase con la corriente. - En una inductancia conectada a una fuente de voltaje de tipo alterno la caída de tensión en sus extremos estará 90 grados en desfase (adelanto) con respecto a la corriente. - En un condensador conectado a una fuente de voltaje de tipo alterno la caída de tensión en sus extremos estará 90 grados en desfase (retraso) con respecto a la corriente.
CIRCUITO RLC: (Resistencia-Bobina-Condensador) Los circuitos que combinan elementos resistivos, capacitivos y resistivos -casi todos los circuitos electrónicos prácticos se basan en estos componentes principales- se resuelven aplicando combinaciones de las fórmulas anteriormente descritas. En la práctica, la Ley de Ohm no puede utilizarse como si fuese un circuito de corriente continua y se utiliza la llamada Ley de Ohm para corriente alterna.
Para calcular, por ejemplo, la intensidad en un circuito tipo serie LRC vamos a partir primeramente del supuesto del circuito LC anteriormente explicado. Si colocamos en serie una resistencia de, por ejemplo, 3 ohmios con una bobina cuya XL sea de 4 ohmios, y alimentamos el circuito a una tensión de 100 V, sólo hay que aplicar las fórmulas descritas y llegaremos a la conclusión:
Si el caso se repite con una resistencia de 3 ohmios y una bobina de 4 ohmios y un condensador de 5 ohmios aplicamos el cálculo trigonométrico de nuevo y comprobamos que el adelanto de la bobina se compensa con el retraso del condensador y, para realizar el cálculo de la intensidad que circula, deberemos sumar los vectores debidos a inducción y capacidad, los cuales son de idéntica dirección pero de sentido inverso, es decir, están en oposición.
La Reactancia total será la debida a los componentes desfasadores incluidos. En este caso esta es:
El signo negativo indica que la reactancia resultante es capacitiva. La intensidad circulante será entonces función de la R y la X (Reactancia resultante). Aplicamos fórmulas y tenemos:
Información Recopilada Por: Gilberto Posso Duran, Técnico MEC; SENA Regional Arauca. Para uso educativo.
Fuente de información: http://es.geocities.com/pnavar2/alterna/fase.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_eléctrico
CIRCUITO RL: (Resistencia-bobina) Si a un generador de corriente alterna le conectamos una bobina en serie no podremos estudiarla de forma coherente si consideramos a esta como inductancia pura. La ilustración nos permite ver cómo podría ser el esquema de distribución de las señales V e I en el caso de que la bobina dibujada se comportara como una inductancia pura. Esto no es tan estricto en la práctica pero nos sirve para afirmar que en todo circuito de carácter inductivo la corriente está retrasada con respecto a la tensión.
En el caso comentado, inductancia pura, se origina un desfase de 90 grados entre la tensión (V) y la intensidad (I). Esta última puede calcularse con la Fórmula de Ohm pero sustituyendo la R por la XL, es decir, la resistencia por la reactancia inductiva anteriormente comentada. El valor de la reactancia inductiva depende tanto de la frecuencia que ataca a la bobina como de la inductancia de la misma. La fórmula será:
Donde: I V f
Intensidad Tensión Frecuencia
Amperios (A) Voltios (V) Hertzios (Hz)
L
Inductancia
Henrios (H)
W
Pulsación
(velocidad angular)
XL
React inductiva
Ohmios ( )
Si ahora consideramos un circuito de alterna en el que tengamos colocados en serie una resistencia y una bobina, y aplicamos la base de la Ley de Ohm, podemos deducir que la intensidad que atraviesa ambos componentes será de igual magnitud, tal y comoocurría con los circuitos serie de continua, pero a la hora de trabajar con alterna el cálculo de las caídas de tensión en cada componente, deberá hacerse atendiendo al carácter del mismo (tipo resistivo, capacitivo, inductivo). En el circuito de la figura correspondiente se puede ver la resistencia y la bobina que son alimentadas por la fuente de corriente alterna. También podemos apreciar el desfase existente en caídas de tensión entre uno y otro componente. Debido a que las tensiones en bornes de cada componente se pueden calcular, por la Ley de Ohm, aplicando que V = I . R, y a que las intensidades que circulan por bobina y resistencia están desfasadas entre sí 90 grados, la única forma de calcular la tensión total que alimenta el circuito serie es aplicando la representación vectorial que vemos en la figura y calculando con la fórmula pitagórica también indicada el valor de VAC.
Debido a que toda bobina real no puede considerarse pura, se hace necesario definir un nuevo parámetro que englobe la resistencia debida al componente resistivo, valga la redundancia, de la bobina y el componente de resistencia debido a la característica inductiva de la misma. Este nuevo parámetro es la impedancia. La forma de representar en los circuitos electrónicos la magnitud descrita es con la letra Z. Su unidad de medida es también el ohmio y, al igual que ocurre con otras magnitudes sometidas a la corriente alterna, su cálculo requiere que apliquemos de nuevo la representación vectorial.
En el esquema correspondiente vemos la representación vectorial de la impedancia (Z) que, como podemos comprobar, se obtiene de la suma vectorial de R y X L. También
podemos comprobar la fórmula a aplicar para su cálculo, la cual es mera aplicación de la trigonometría más clásica. Otra posibilidad que nos encontramos en las diferentes combinaciones de resistencia y bobina es la de que ambas estén conectadas en paralelo a una fuente de tensión alterna. Esto es lo que quiere representar la figura correspondiente. En ella podemos observar que la intensidad que llega al nudo de donde parten ambas ramas se bifurca en dos intensidades distintas -al igual que nos ocurría con circuitos paralelo en CC-, pero esta vez la intensidad total que circula por ambas ramas no es tan sencilla de calcular. Para ello tendremos que recurrir, de nuevo, a la representación vectorial y a la suma trigonométrica. Como podemos ver, la intensidad que circula por la rama resistiva pura (IR) está en fase con la tensión, pero la intensidad que recorre la bobina (I L) está, como ya hemos indicado, atrasada con respecto a la tensión (en el supuesto partimos de la idea de que la bobina es una inductancia pura, esto es, sin resistencia, por lo que el comentado desfase o retraso será de 90 grados).
CIRCUITO RC: (Resistencia-Condensador) Al igual que ocurre con las bobinas, los condensadores también presentan especiales características a la hora de lidiar con la corriente alterna. En la primera ilustración dedicada a los condensadores podemos observar cómo evolucionan la intensidad y la tensión alterna al ponerse en contacto con la CA.
Tal y como ocurre con las bobinas se origina un desfase de 90 grados entre tensión e intensidad pero, a diferencia de lo que ocurría con aquéllas, en este caso es la corriente (I) la que está adelantada con respecto a la tensión (V). En el esquema vectorial podemos ver la representación gráfica de este desfase que, si la capacidad es pura, si no ofrece resistencia alguna, será de 90 grados.
Pero la resistencia que ofrece el condensador se puede calcular tal y como hemos explicado en el caso de las bobinas, es decir, calcularíamos en lugar de esta la impedancia que ofrece el citado condensador. La fórmula a emplear es idéntica a la usada para calcular la impedancia (Z) de un circuito inductivo pero utilizando la reactancia capacitiva en lugar de la inductiva, esto es, resistencia estarán desfasadas los consabidos 90 grados.
Para calcular la tensión total deberemos hacer uso de nuevo del cálculo vectorial. Como vemos, la tensión que cae en bornes de la resistencia se encuentra en fase con la intensidad y, por el contrario, la tensión que cae en extremos del condensador está desfasada 90 grados con respecto a la anterior. Podemos comprobar aquí que se cumple el retraso de V respecto a I. Otra forma de conectar y estudiar un conjunto de resistencia y condensador es en montaje paralelo. En la figura podemos ver la representación gráfica del desfase que se origina entre intensidades en este circuito. La intensidad total I t se calculará mediante la suma vectorial de la intensidad que circula por la resistencia y la que circula por el condensador. Como sabemos la circulación a través del condensador no es tal ya que si recordamos el comportamiento de los condensadores en CC estos no hacen sino cargarse a un determinado potencial. El cambio constante de sentido de la corriente inherente a la CA hace que el condensador desarrolle ciclos de carga y descarga continuos, lo cual en efecto es una circulación de electrones.
Unas conclusiones bastante claras que nos ayudarán posteriormente a simplificar, por así decirlo, todos los circuitos que combinen elementos R, L y C.: - En una resistencia conectada a una fuente de voltaje de tipo alterno la caída de tensión en sus extremos estará en fase con la corriente. - En una inductancia conectada a una fuente de voltaje de tipo alterno la caída de tensión en sus extremos estará 90 grados en desfase (adelanto) con respecto a la corriente. - En un condensador conectado a una fuente de voltaje de tipo alterno la caída de tensión en sus extremos estará 90 grados en desfase (retraso) con respecto a la corriente.
CIRCUITO RLC: (Resistencia-Bobina-Condensador) Los circuitos que combinan elementos resistivos, capacitivos y resistivos -casi todos los circuitos electrónicos prácticos se basan en estos componentes principales- se resuelven aplicando combinaciones de las fórmulas anteriormente descritas. En la práctica, la Ley de Ohm no puede utilizarse como si fuese un circuito de corriente continua y se utiliza la llamada Ley de Ohm para corriente alterna.
Para calcular, por ejemplo, la intensidad en un circuito tipo serie LRC vamos a partir primeramente del supuesto del circuito LC anteriormente explicado. Si colocamos en serie una resistencia de, por ejemplo, 3 ohmios con una bobina cuya XL sea de 4 ohmios, y alimentamos el circuito a una tensión de 100 V, sólo hay que aplicar las fórmulas descritas y llegaremos a la conclusión:
Si el caso se repite con una resistencia de 3 ohmios y una bobina de 4 ohmios y un condensador de 5 ohmios aplicamos el cálculo trigonométrico de nuevo y comprobamos que el adelanto de la bobina se compensa con el retraso del condensador y, para realizar el cálculo de la intensidad que circula, deberemos sumar los vectores debidos a inducción y capacidad, los cuales son de idéntica dirección pero de sentido inverso, es decir, están en oposición.
La Reactancia total será la debida a los componentes desfasadores incluidos. En este caso esta es:
El signo negativo indica que la reactancia resultante es capacitiva. La intensidad circulante será entonces función de la R y la X (Reactancia resultante). Aplicamos fórmulas y tenemos:
Información Recopilada Por: Gilberto Posso Duran, Técnico MEC; SENA Regional Arauca. Para uso educativo.
Fuente de información: http://es.geocities.com/pnavar2/alterna/fase.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_eléctrico
